Активно действовали в тылу противника и разведгруппы, подготовленные разведывательными отделами штабов Калининского, Брянского и Юго-Западного фронтов. Они собирали сведения о противнике, разрушали шоссейные дороги, взрывали мосты, выводили из строя железнодорожные перегоны, уничтожали линии телефонной связи, нападали на немецкие гарнизоны и отдельные патрули. Под откос были пущены сотни эшелонов противника с боевой техникой, личным составом и боеприпасами, которые направлялись немецким командованием для усиления группы армий «Центр».
Поскольку немцы наступали вдоль основных шоссейных дорог, ведущих к Москве, и не были подготовлены для боевых действий в условиях зимы, разведке было приказано вести тщательное наблюдение за передвижением противника по этим дорогам, разрушать их, осуществлять ночные нападения на немецкие колонны и населенные пункты, в которых останавливались германские солдаты и офицеры.
В результате ноябрьского наступления на Москву немецко-фашистской армии удалось за 20 дней ожесточенных боев продвинуться вперед: северо-западнее Москвы — на 80-120 километров, юго-западнее Москвы — на 40–90 километров. Однако это продвижение стоило врагу огромных потерь в живой силе и технике. Только за ноябрь немецкая армия потеряла под Москвой 73 782 человека убитыми, свыше 100 000 ранеными и обмороженными, 1258 танков, 772 орудия и миномета, 628 пулеметов и свыше 5000 автомашин.
К началу декабря 1941 года в результате упорного сопротивления войск Красной армии на Московском направлении продвижение групп армий «Центр» было остановлено. Несколько раньше немцы были остановлены и на других участках советско-германского фронта. Под Ростовом-на-Дону и Тихвином советские войска захватили инициативу и в ноябре 1941 года перешли в контрнаступление. Это облегчило переход к наступательным действиям Красной армии под Москвой.
Основательно потрепанная в боях на дальних и близких подступах к Москве группа армий «Центр» все еще была сильна. Военная разведка смогла установить, что в составе войск фельдмаршала фон Бока было около 75 дивизий, в том числе 22 танковые и моторизованные дивизии. Однако тылы германской группировки были растянуты в глубину и по фронту на 1000 километров. Диверсионные группы военной разведки и партизанские отряды, многие из которых тоже были созданы Разведуправлением Красной армии, срывали снабжение немецких войск. Усилиями диверсантов и партизан суточный подвоз боеприпасов, провианта и горючего для всей группы армий «Центр» был сокращен до 23 эшелонов в сутки, в то время как войскам, стремившимся захватить Москву, требовалось для обеспечения наступательных боевых действий до 70 эшелонов ежедневно.